▷ Was ist ein Motherboard und wie funktioniert es?

Heute müssen wir über das Motherboard eines Computers sprechen. Das Motherboard ist zweifellos das Grundelement zum Erstellen eines Computers. Die restlichen Komponenten wie CPU oder RAM werden darauf installiert, damit der Computer starten und arbeiten kann. Schauen wir uns also im Detail an, was ein Motherboard ist und wie es funktioniert.

Inhaltsverzeichnis

Was ist ein Motherboard?

Das Motherboard ist ohne Zweifel der wichtigste Teil eines Computers. Dies bestimmt, welche Architektur unser Team in seinen internen Komponenten hat. Jedes Motherboard ist für die Aufnahme bestimmter Komponenten oder bestimmter Arten von Komponentenfamilien ausgelegt und unterstützt auch bestimmte Geschwindigkeiten und Kapazitäten dieser Komponenten.

Alle oder fast alle Komponenten, die Teil des Computers sind, werden mit dem Motherboard verbunden. Außerdem wird ein Kommunikationsbus zwischen diesen Komponenten (CPU, RAM, Grafikkarte) und den darauf installierten Peripheriegeräten (Maus, Tastatur, Bildschirm etc)

Sein physikalischer Aspekt ist der einer elektronischen Schaltung mit bestimmten Abmessungen, in der eine Reihe von Elementen wie Chips, Kondensatoren, Komponentenverbinder und Stromleitungen installiert sind, die zusammen die Struktur eines Computers bilden.

Bei fast allen müssen vier Grundkomponenten installiert sein:

• StromversorgungZentralprozessorRAM-Speicher Speichereinheiten

Die Motherboards bestehen aus verschiedenen physischen Formaten, die die physischen Abmessungen bestimmen, die diese haben werden.

Motherboard-Formate

Die Formate, die wir auf dem Markt finden können, sind folgende:

E-ATX

Es ist der größte Formfaktor, den wir auf dem Markt haben. Seine Abmessungen betragen 305 x 330 mm. Diese Karten haben normalerweise reichlich Löcher für Erweiterungskarten und viele Möglichkeiten, Grafikkarten in SLI oder Crossfire zu installieren.

Zusätzlich stehen bis zu 8 Steckplätze für die Installation des RAM-Speichers zur Verfügung

ATX

Diese Boards sind dank ihrer Implementierung durch Intel seit 1995 auf dem Markt. Sie sind auch die häufigsten, die wir finden können. Seine Abmessungen betragen 305 x 244 mm, obwohl es auch einige mit leicht unterschiedlichen Abmessungen gibt. Natürlich müssen sich die Löcher für die Platzierung im Chassis genau an den standardisierten Stellen befinden.

Diese Art von Motherboards wird für fast alle Arten von Systemen, Büros, Spielen usw. verwendet. Dies liegt an den vielfältigen Expansionsmöglichkeiten. Normalerweise haben wir 7 Erweiterungssteckplätze und 4 Steckplätze für die Installation von RAM- Speichern .

Micro ATX

Motherboards mit diesem Format haben Abmessungen von 244 x 244 mm, sind also mit rund 25% deutlich kleiner als die vorherigen. Diese Boards haben ein kleineres Format und richten sich an Büroarbeitsteams, die nicht so viele Erweiterungssteckplätze benötigen und auch kleinere Chassis belegen.

Unter seinen Erweiterungsmöglichkeiten hat es maximal 5 Erweiterungssteckplätze, obwohl die normalen 3 und Speicherplätze mit bis zu 4 RAM-Speichern sind. Diese Art von Platten benötigt ein Chassis, das mit ihrer Befestigung kompatibel ist, da sich die Position der Schrauben von den ATX-Platten unterscheidet.

Mini ITX

Dies ist das kleinste verfügbare Plattenformat für Heimcomputer. Es hat Abmessungen von 170 x 170 mm. Zur Befestigung besteht es aus vier Löchern, die mit denen für eine ATX-Platte übereinstimmen.

Auf diesen Karten finden wir einen einzelnen Erweiterungssteckplatz für die Grafikkarte und zwei Steckplätze für den RAM-Speicher

Es gibt andere, die wie der XL-ATX geformt sind, aber normalerweise werden sie im unteren / mittleren Bereich nicht viel gesehen. Nur im PREMIUM-Bereich

Physikalische Komponenten eines Motherboards

Dies wird bei weitem der breiteste Abschnitt in diesem Artikel sein, da das Motherboard eine Vielzahl von Komponenten enthält, die es wert sind, benannt zu werden. Dann fangen wir an.

Chipsatz

Der Chipsatz oder "Chipsatz" ist ein Satz integrierter Schaltkreise, die die Kommunikation zwischen dem Prozessor und den anderen auf der Hauptplatine installierten Komponenten herstellen sollen. Diese Elemente können RAM-Speicher, Festplatten, Erweiterungssteckplätze sowie Eingabe- und Ausgabeports sein.

Mit der Entwicklung der Motherboard-Technologie bestehen diese Chips normalerweise aus einem einzigen zentralen Chip. Darüber hinaus sind diese Chips ausschließlich für eine Reihe von Prozessoren oder eine bestimmte Marke sowie für bestimmte RAM-Speichermodule konzipiert. Dies macht es erforderlich, dass wir beim Erwerb eines Motherboards vom Markt gezwungen sind, auch einen kompatiblen Prozessor und RAM-Module dafür zu kaufen.

Alte Motherboards

Der Chipsatz kann durch zwei Chips integriert werden und wird auch als North Bridge oder North Brigde und South Bridge oder South Bridge bezeichnet. Jeder dieser Chips ist für bestimmte Aufgaben verantwortlich:

North Bridge: Dieser Chip ist direkt an den Prozessorbus angeschlossen und verfügt über eine direkte Kommunikation mit diesem und dem RAM-Speicher. Dieser Bus wird auch als Front Side Bus oder (FSB) bezeichnet und ist entscheidend für die Geschwindigkeit und Leistung eines Computers. Darüber hinaus ist es auch für die Kommunikation mit den PCI-Express-Ports zuständig, da diese die schnellsten Komponenten wie das Motherboard oder die neuen Solid-State-Speichereinheiten M.2 und PCI-E unterstützen.

South Bridge: Dieser Chip ist über das Direct Media Interface oder den DMI-Bus direkt mit der North Bridge verbunden. Dieser Chip ist verantwortlich für die Kommunikation der Eingabe- und Ausgabegeräte und deren Verbindung mit der Nordbrücke. Zum Beispiel SATA-Festplatten, USB, Fire Wire, Netzwerkkarte, AUDIO usw.

Moderne Motherboards

Mit dem Erscheinen von Multi-Core-Prozessoren wie Intel Core und AMD FX wurde dieser Chipsatz derzeit erheblich auf einen einzigen Chip reduziert, wodurch die Südbrücke verschwindet.

Dies liegt daran, dass die neuen Prozessoren den Speichercontroller in sie integrieren, sodass sie direkt mit dem RAM-Speicherbus verbunden sind. Angenommen, die FSB-Brücke ist in den Prozessor integriert, und der für die anderen Geräte zuständige Bus wird als Plataform Controller Hub (PCH) bezeichnet und ersetzt den DMI-Bus.

Chipsatztypen

Es gibt eine große Anzahl von Chipsatzmodellen. Mit jeder Entwicklung der Prozessoren gibt es auch eine Entwicklung dieser Chips. Wie bei allem gibt es Low-End- Komponenten für ein Komponentenmanagement mit niedrigerer oder niedrigerer Geschwindigkeit, einen mittleren und einen High-End -Bereich, die maximale Geschwindigkeit und Unterstützung für verschiedene Grafikkarten und den schnellsten RAM auf dem Markt bieten.

Nach Angaben des Prozessorherstellers finden wir Chipsätze für AMD-Prozessoren und Chipsätze für Intel-Prozessoren.

Weitere Informationen zu den neuesten Markierungs-Chipsatz-Modellen für beide Technologien und deren Vergleich finden Sie in unseren folgenden Artikeln:

Mikroprozessorsockel

Wie es nicht anders sein könnte, muss auf dem Motherboard der Mikroprozessor installiert werden. Dazu ist ein Sockel mit den physischen Anschlüssen erforderlich, um dies mit dem Motherboard zu kommunizieren. Es gibt zwei Arten von Steckdosen:

• PGA (Pid Grid Array): In diesem Sockel befindet sich eine Platte mit Löchern zum Einsetzen des Mikroprozessors, in die Kontaktstifte zum Einsetzen passen. LGA (Land Grid Array) - Der Sockel verfügt über eine Matrix aus vergoldeten Kontakten, die den Kontakt zwischen dem Motherboard und dem Prozessorchip herstellen und nur eine flache Oberfläche mit Kontaktpunkten aufweisen.

Die Insertionstechnologie heißt ZIF (Zero Insertion Force) und der Chip passt nicht perfekt in den Sockel, wenn Sie dabei Kraft aufbringen müssen.

Wie bei Prozessoren gibt es viele Arten von Sockets für Ihre Installation. Dies bedeutet, dass beim Kauf eines Motherboards einer bestimmten Architektur ein mit ihm kompatibler Prozessor erworben werden muss.

Darüber hinaus ist jedes Motherboard für einen Prozessorhersteller konzipiert, sodass sowohl der Sockel als auch der Chipsatz mit der betreffenden Marke kompatibel sein müssen.

Um mehr über die Funktionsweise eines Prozessors zu erfahren, empfehlen wir den folgenden Artikel:

• Was ist ein Prozessor und wie funktioniert er?

RAM-Speichersteckplätze

Diese Anschlüsse oder Busse sind für die Unterbringung der RAM-Speichermodule zuständig, die in den Geräten installiert werden. Im Allgemeinen haben Motherboards 4 Steckplätze oder High-End-Motherboards 8 Steckplätze.

Diese Steckplätze sind normalerweise für die Verwendung mit Zweikanal- oder sogar Vierkanaltechnologie ausgelegt. Wie beim Prozessor unterstützt jedes Motherboard eine bestimmte RAM-Architektur.

Die Motherboards verfügen derzeit über verschiedene Arten von RAM-Steckplätzen, obwohl sie alle zum DDR-Standard gehören. Wir werden haben: DDR, DDR2, DDR3 und DDR4

Um mehr über die Funktionsweise von RAM zu erfahren, empfehlen wir unseren Artikel:

• Was ist RAM und wie funktioniert es?

VRM

Akronym für Spannungsreglermodul. Es handelt sich um eine Reihe von Komponenten, die den elektrischen Strom, der das Motherboard erreicht, in Spannungen mit unterschiedlichen Werten und Strömen umwandeln , sodass sie von den anderen darauf installierten Komponenten verwendet werden. Obwohl diese Komponente nicht besonders auffällig ist, ist sie für die ordnungsgemäße Funktion der Komponenten und die Vermeidung von Brüchen unerlässlich.

Um mehr über diese Komponenten zu erfahren, besuchen Sie unseren Artikel:

Erweiterungssteckplätze

Dies sind die Steckplätze, die die Funktionalität haben , die in unseren Geräten installierte Hardware zu erweitern. In ihnen können Sie Grafikkarten, Festplatten, Netzwerkkarten, Soundkarten usw. installieren.

Diese Steckplätze werden derzeit als PCI-Express oder PCI-E bezeichnet und ersetzen herkömmliche PCI. Jeder PCI-E-Erweiterungssteckplatz verfügt über 1, 2, 4, 8, 16 oder 32 Datenverbindungen zwischen dem Motherboard und den angeschlossenen Karten. Wir codieren diese Anzahl von Links als Präfix x, zum Beispiel x1 für einen Einzel- oder Einheitslink und x16 für eine Karte mit 16 Links, die für Grafikkarten verwendet werden. Jede dieser Verbindungen bietet eine Geschwindigkeit von 250 MB / s.

Wenn wir 32 Verbindungen haben, geben sie die maximale Bandbreite an, dh 8 GB / s in jede Richtung für PCIE 1.1. Am häufigsten wird der PCI-E x16 verwendet, der in jeder Richtung eine Bandbreite von 4 GB / s (250 MB / sx 16) bietet. Eine einzelne Verbindung ist ungefähr doppelt so schnell wie eine normale PCI-Verbindung. 8 Links haben eine Bandbreite, die mit der schnellsten Version des AGP-Busses vergleichbar ist. Dies sind die alten Steckplätze für Grafikkarten.

BIOS

Das BIOS oder Basic Input-Output System ist ein ROM-, EPROM- oder Flash-RAM-Speicher, der Informationen zur Konfiguration des Motherboards auf der untersten Ebene enthält.

Im BIOS befindet sich auch ein Speicherchip namens CMOS. Mit dem darin gespeicherten Programm können alle physischen Komponenten der Karte initialisiert werden, um den Computer zu starten. Darüber hinaus ist es dafür verantwortlich, sie auf Fehler oder fehlende Geräte zu überprüfen, z. B. auf RAM-, CPU- oder Festplattenmangel.

Der BIOS-Speicher wird kontinuierlich von einer Batterie gespeist. Auf diese Weise gehen beim Ausschalten des Geräts die im Computer konfigurierten Daten und Parameter nicht verloren. Wenn dieser Akku auf jeden Fall leer ist oder wir ihn entfernen, werden die BIOS-Informationen auf die Standardwerte zurückgesetzt, gehen jedoch nie verloren.

Soundkarte und Netzwerkkarte

Sie sind die Chips, die für die Verarbeitung des Multimedia- Sounds unserer Geräte und der Netzwerkverbindung verantwortlich sind. Die Chips befinden sich in der Nähe der Ausgangsanschlüsse des Motherboards, und wir können sie bei vielen Gelegenheiten an der RealTek-Besonderheit erkennen, da sie der Hersteller vieler dieser auf dem Motherboard integrierten Geräte ist.

SATA-Anschlüsse

Dies ist der Kommunikationsstandard heutiger PCs zum Anschluss mechanischer Festplatten und auch SSDs. In SATA wird ein serieller Bus anstelle von parallel verwendet, um die Daten zu übertragen. Es ist viel schneller als die herkömmliche IDE und effizienter. Darüber hinaus ermöglicht es Hot-Verbindungen der Geräte und verfügt über viel kleinere und handlichere Busse.

Auf einem Motherboard können bis zu 6 oder 10 dieser Ports für die Installation von Festplatten vorhanden sein. Der aktuelle Standard ist in SATA 3 enthalten, das Übertragungen mit bis zu 600 MB / s ermöglicht

Um mehr über die Funktionsweise einer Festplatte zu erfahren, empfehlen wir den folgenden Artikel:

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M.2 Stecker

Fast alle Boards haben diesen Port bereits installiert. M.2 ist der neue Kommunikationsstandard, der mittel- und kurzfristig die Verbindung für SATA-SSD-Laufwerke ersetzen soll. Es werden sowohl SATA- als auch NVMe- Kommunikationsprotokolle verwendet. M.2 ist ausschließlich für die Installation von Speichereinheiten vorgesehen. Auf diese Weise vermeiden wir die Belegung von PCI-E-Steckplätzen. Dieser Standard hat nicht die Geschwindigkeit von PCI-E, ist aber viel höher als SATA.

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Stromanschlüsse

Das Motherboard muss an eine Stromquelle angeschlossen werden und verfügt über verschiedene Arten von Stromanschlüssen.

ATX

Es ist der traditionelle Anschluss, der das Motherboard in den meisten seiner Komponenten mit Strom versorgt. Es besteht aus 24 Kabeln oder Stiften und befindet sich normalerweise auf der rechten Seite neben den RAM-Steckplätzen.

CPU-Leistung

Neben dem ATX2-Anschluss verfügen fast alle neuen Motherboards, zumindest der ATX, über einen solchen Steckertyp, der ausschließlich zur Stromversorgung des Prozessors bestimmt ist. Diese Arten von Netzteilen tragen dazu bei, die Stromversorgung des Motherboards zu erhöhen, insbesondere bei übertakteten Prozessoren, die mehr Strom für den Verbrauch benötigen.

Wir finden einen 4-poligen CPU-Anschluss (älter), einen von 8 oder einen von 4 + 6-Pins. Seine Funktionen sind praktisch gleich und alles wird mit einer Spannung von 12 V betrieben.

Externe Anschlüsse

Diese Anschlüsse befinden sich auf einer Seite des Motherboards, fast immer auf der linken Seite. Sie sind für den Anschluss der Peripheriegeräte verantwortlich, die wir in unserem Setup haben, z. B. Drucker, Mäuse, Tastaturen, Lautsprecher, Speichereinheiten usw. Wir können folgende Typen unterscheiden:

• PS / 2: Es gibt zwei Ports dieses Typs, die bereits praktisch nicht mehr verwendet werden. Sie haben 6 Pins und dienen zur Verbindung von Tastatur und Maus. Praktisch keine Tastatur verfügt über diese Art von Anschluss, daher werden sie verschoben und durch USB USB (Universal Serial Bus) ersetzt: Dies ist der weltweit am häufigsten verwendete Standard für serielle Verbindungen. Dieser Anschluss ist Plug-and-Play-fähig, sodass wir ein heißes Gerät anschließen können, damit das Betriebssystem es sofort erkennt. Zusätzlich zum Datenaustausch ermöglicht es auch die periphere Ausrichtung, was es sehr bequem und vielseitig macht. Derzeit gibt es vier Versionen dieses Anschlusses: USB 1.1 mit einer Geschwindigkeit von 12 Mbit / s, USB 2.0 mit 480 Mbit / s, USB 3.0 mit 4, 8 Gbit / s und USB 3.1 mit 10 Gbit / s FireWire: Dies ist ein ähnlicher Standard wie USB, wird aber hauptsächlich in Amerika verwendet. Sie haben praktisch die gleichen Funktionen wie USB und es gibt 4 Versionen. Die schnellste ist die FireWire s3200 mit 3, 2 Gbit / s HDMI oder DisplayPort: Diese Anschlüsse sind vorhanden, wenn das Motherboard über eine integrierte Grafikkarte verfügt. Es handelt sich um einen digitalen Multimedia-Kommunikationsstandard, mit dem hochauflösende Videogeräte angeschlossen werden können. Sowohl Video- als auch Audiosignale werden über diese Anschlüsse übertragen, was sie besonders nützlich macht. Derzeit haben sie den VGA- DVI- und VGA- Anschluss praktisch vollständig ersetzt : Anschlüsse zum Anschließen des HDMI-Vorgänger- Ethernet- Bildschirms : Anschluss für den RJ 45-Anschluss im Internet 3, 5- Zoll-Buchse : Anschluss für Audioeingangs- oder -ausgabegeräte

Andere Elemente

• Interne Anschlüsse für USB: An der Unterseite des Motherboards befinden sich Anschlüsse, um die USB-Anschlüsse unserer Geräte zu erweitern. Die verfügbaren USB-Anschlüsse am Gehäuse werden normalerweise angeschlossen. Interne Soundanschlüsse: Wie bei USB verfügt die Karte über einen internen Anschluss zum Anschließen von Mikrofon und Lautsprechern über Anschlüsse im Gehäuse. Uhren: Um alle internen Komponenten zu synchronisieren, ist je nach den Anforderungen der einzelnen Komponenten eine Reihe von Uhren erforderlich, die mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten. Lüfteranschlüsse: Dies sind 12-V-Anschlüsse zum Einsetzen von Lüftern wie CPU- oder Gehäuselüftern. Sie haben 4 Stifte. Starterpanel: Hierbei handelt es sich um eine Reihe von Stromanschlüssen, an denen die Tasten am Gehäuse angeschlossen sind, die für das Starten und Zurücksetzen des Systems verantwortlich sind. Die Festplatten- und Power-LEDs werden ebenfalls angeschlossen.

Bedienung eines Motherboards

Die Bedienung eines Motherboards ist aufgrund der großen Anzahl der darauf installierten Elemente und der Anzahl der Busse, die für den Informationsaustausch vorgesehen sind, recht komplex. Schematisch können wir es folgendermaßen darstellen:

In diesem Schema können wir die Hauptelemente unterscheiden, die in den Betrieb und die Verwaltung eingreifen, und den Startprozess eines Computers als Referenz nehmen:

Das erste, was ein Motherboard tun sollte, bevor das Betriebssystem von der Festplatte geladen wird, ist die Initialisierung der Komponenten. Das im BIOS befindliche Programm überprüft auf grundlegende Weise alle daran angeschlossenen Geräte: CPU, RAM und Festplatten. Wenn einer von ihnen fehlt, defekt ist oder andere Anomalien erkennt, gibt das Motherboard einen Fehlercode aus, der in akustische Signale oder auch mithilfe eines Codes in einem darauf befindlichen LED-Feld übersetzt wird.

Sobald die Überprüfungsphase abgeschlossen ist, wird der interne Bus mit Informationen von den Speichereinheiten geladen. Hier greifen die Südbrücke (falls vorhanden) und die Nordbrücke ein.

Nach dem Anfordern der Informationen von Festplatten, Eingabe- / Ausgabegeräten und anderen Komponenten ist die North Bridge für die Verbindung des Prozessors mit dem RAM verantwortlich. Dies erfolgt über den Frontbus oder Front Side Bus (FSB). Dies besteht aus 64 Threads oder 64 + 64 bei Implementierung der Dual-Channel-Technologie.

In jedem Fall werden die im Speicher geladenen Betriebssystemdaten bereits gefunden, um den Computer zu starten.

Gleichzeitig sendet die Nordbrücke die Grafiksignale an die Grafikkarte, die in einem direkt von ihr verwalteten CPI-E x16-Steckplatz installiert ist. In Ihrem Fall wird die Verbindung mit der auf dem Motherboard selbst installierten Grafikkarte hergestellt. Dies erfolgt über den FSB-Bus.

In jedem Fall startet der Computer und der Datenaustausch zur Verarbeitung wird von den mit dem Bus und dem Chipsatz verbundenen Elementen verwaltet.

Endgültige Schlussfolgerung und Erwartungen an ein Motherboard

Wenn uns klar geworden ist, dass es immer schwieriger wird, die Funktionsweise der Komponenten eines Computers auf vereinfachte Weise zu erklären. Die Technologie schreitet mit unglaublicher Geschwindigkeit voran und die Elemente werden komplexer und funktionaler und komplexer.

Bei der Geschwindigkeit, mit der wir gehen, ist es möglich, dass die 5-nm-Barriere in sehr kurzer Zeit erreicht wird, und wir werden sehen, dass die großen Unternehmen daran arbeiten, weiter zu gehen.

Wir für unseren Teil freuen uns über diese Fortschritte, immer schnellere, komplexere Geräte und zu einem anhaltenden Preis, wenn wir uns für Komponenten der Mittelklasse entscheiden, die ebenfalls sehr gut sind.

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Wir hoffen, dass Sie mit diesem Artikel mehr über die Komponenten eines Motherboards und seine grundlegende Funktionsweise erfahren haben. Bei Zweifeln, Klarstellungen oder Fehlern zögern Sie nicht, uns dies mitzuteilen.